Processamento Distribuído

1. Processamento Distribuído • Redes de Computadores • Software para o uso da rede • Compartilhamento de Arquivos e Impressoras • Serviços de Rede (autenticação, acesso a recursos, etc) • Emergência de um novo paradigma : sistemas distribuídos • Sistemas Distribuídos • Sistemas Operacionais Distribuídos • Software do sistema é distribuído ao longo da rede • Aplicações Distribuídas • Novos métodos de programação • Tecnologias Básicas • Sockets, RPC, Objetos Distribuídos

2. Programação em Rede • Suite de Programação Internet • IP - Internet Protocol • TCP - Transport Control Protocol - orientado a conexão • UDP - User Datagram Protocol - sem conexão • Comunicação • comutação de pacotes de dados - pacotes IP • Dispositivo de Acesso à Rede • Endereço IP - números de 32 bits - NNN.NNN.NNN.NNN • Domain Name System (DNS) - associação de nomes a endereços IP - DNS Servers • Portas • endereço dentro de um computador (16 bits) • número associado a um tipo de serviço

3. Programação em Rede • TCP - Serviço Orientado a conexão • estabelece uma conexão entre uma origem (porta/end.IP) e um destino (porta/end.IP) que perdura até que a mesma seja explicitamente encerrada • comunicação confiável • UDP - Serviço sem Conexão • Não estabelece um vínculo direto entre origem e destino • envia datagramas sem confirmação de resposta e sem técnicas de correção de erros • mais rápidos que o TCP • Unicast x Multicast • unicast - comunicação ponto a ponto • multicast - grupo de hosts recebendo um mesmo endereço IP

4. Programação com Sockets • Programação Socket • Base para programação em rede utilizando TCP/IP • Apareceu como uma abstração para programação em rede dentro de sistemas UNIX, tornando-o compatível com o paradigma básico de I/O do UNIX • Paradigma básico de I/O do UNIX • open-read-write-close • insuficiente para gerenciar todos os serviços e protocolos de rede • Socket • generalização do mecanismo de acesso a arquivos do UNIX, provendo um ponto de conexão para comunicação • programas aplicativos solicitam a criação de um socket ao sistema operacional, quando necessário

5. Sockets e Java • java.net • InetAddress - encapsula endereços IP e suporta conversão entre notação decimal pontuada e nomes de hosts • Socket, ServerSocket, DatagramSocket, MulticastSocket - implementa sockets clientes e servidores • SocketImpl e DatagramSocketImpl (classes) e SocketImplFactory (interface) - auxiliam a criação de sockets customizados • URL, URLConnection, HttpURLConnection e URLEncoder - implementam conexões Web de alto nível • FileNameMap (interface) - usada no mapeamento de nomes de arquivos a tipos MIME

6. Sockets e Java • Classe InetAddress

7. Sockets e Java • Classe Socket

8. Sockets e Java • Classe ServerSocket

9. Sockets e Java • Streams • Sequências de bytes que se movimentam de uma origem a um destino • java.io • InputStream • FilterInputStream, BufferedInputStream, DataInputStream, LineNumberInputStream, PushBackInputStream, ... • OutputStream • FilterOutputStream, BufferedOutputStream, DataOutputStream, PrintStream, ByteArrayOutputStream, FileOutputStream, ... • Reader • BufferedReader, CharArrayReader, FilterReader, InputStreamReader, ... • Writer • BufferedWriter, CharArrayWriter, FilterWriter, OutputStreamWriter, ...

10. Sockets e Java Servidor … ServerSocket s = new ServerSocket(PORT); Socket cl = s. accept(); … String dnm = cl.getInetAddress().getHostName(); int dpt = cl.getPort(); … BufferedReader inS = new BufferedReader( new InputStreamReader (cl.getInputStream())); DataOutputStream outS = new DataOutputStream( cl.getOutputStream()); … /* use inS and outS */ Cliente … Socket cl = new Socket(destination,port); … BufferedReader inS = new BufferedReader( cl.getInputStream()) DataOutputStream outS = new DataOutputStream( cl.getOutputStream()); … /* use inS and outS */

11. Programação RPC • Programação Socket • apesar de conveniente, apresenta um problema incurável: • paradigma input/output • Implementar toda a programação de rede em cima de I/O tem uma série de inconveniências • RPC - Remote Procedure Call • um paper de Birrel and Nelson (1984) introduziu uma maneira completamente diferente de atacar o problema • permitir programas chamar rotinas localizadas em outras máquinas • quando o processo na máquina A chama uma rotina na máquina B, o processo em A é suspenso, e a execução da rotina chamada tem início em B. A informação que vai de A para B se dá por meio de parâmetros retornando como o resultado da chamada

12. Programação RPC • Transparência na Programação • Do mesmo modo que uma chamada de sistema, uma chamada remota de procedimento (RPC) deve ser transparente para o programador • Stub do Cliente: empacota os parâmetros e envia ao servidor. Depois disso, o stub fica esperando uma mensagem de retorno do servidor, bloqueando o socket. Uma vez que o servidor retorna, ele desempacota a mensagem do servidor, copia o resultado para a rotina que fez a chamada do RPC e retorna de modo usual • Stub do Servidor: quando a mensagem do stub do cliente chega ao servidor, o kernel a passa para o stub do servidor, que tipicamente está com um socket bloqueado esperando por mensagens. O stub desempacota os parâmetros, chama a rotina desejada e a seguir re-empacota o resultado da chamada e envia a resposta ao stub do cliente. Em seguida retorna ao loop de espera por nova requisição

13. Programação RPC • Transparência na Programação • O programa não tem a menor idéia que o trabalho está sendo feito remotamente • Todos os detalhes de passagem de mensagens ficam escondidos dentro dos dois stubs • Gerando stubs • Se a troca de mensagens é feita manualmente, erros obscuros podem acontecer • Portanto, a geração de stubs deve ser feita automaticamente • Um compilador de stubs deve ser utilizado, portanto para gerar os stubs do cliente e do servidor • e.g. - SunRPC: arquivo .x - linguagem RPC, um programa - rpcgen gera os arquivos de stubs (em linguagem C) • diversos mecanismos de RPC:DCE RPC, Microsoft RPC, ONC RPC, etc

14. Modelo Cliente-Servidor • Aplicações convencionais do tipo Cliente-Servidor • apenas transformam aplicações monolíticas separando-as em duas metades • Futuro do Modelo Cliente-Servidor • extrapolar de aplicações restritas a redes locais para redes de alcance global • Como ? • Usando uma arquitetura baseada em componentes • Objetos Distribuídos são a chave para esta revolução • Aplicações envolvendo objetos distribuídos são muito adequadas para a criação de sistemas cliente/servidor mais flexíveis, pois tanto dados quanto a lógica da aplicação estão encapsulados dentro dos objetos, permitindo sua localização em qualquer lugar de um sistema distribuído

15. Objetos Distribuídos • Objetos Clássicos • unidade de serviço encapsulando código e dados • provê diversas facilidades para reutilização de código • existe somente dentro de um programa isolado • Objetos Distribuídos • unidade de serviço localizada em qualquer lugar de uma rede • armazenados como pedaços independentes de código que podem ser acessados por clientes remotos via invocação de métodos • linguagens de programação e compiladores envolvidos são totalmente transparentes para seus clientes • clientes não necessitam saber onde se localizam os objetos ou que sistema operacional está sendo executado remotamente • pedaços inteligentes de software que podem trocar mensagens entre si de modo transparente em qualquer lugar do mundo

16. Objetos e Componentes • Componentes • pedaços isolados de software que podem se interconectar automaticamente via redes, aplicações, linguagens, ferramentas e sistemas operacionais • Objetos Distribuídos • são por definição, componentes • nem todo componente é um objeto e nem todos os componentes são distribuídos • Tecnologia de Componentes • promete alterar radicalmente a maneira como se desenvolve software • e.g. objetos distribuídos permitem a criação de sistemas cliente-servidor sofisticados simplesmente interconectando-se componentes • meta é atingir o nível de interoperabilidade encontrado por exemplo em circuitos integrados

17. O que exatamente é um Componente ? • É algo que se pode comprar e vender • Não é uma aplicação completa • É algo que pode ser combinado a outros componentes, de maneiras imprevisíveis • Possui uma interface muito bem especificada, que define sua operação • É um “objeto inter-operável” • termo cunhado por Ray Valdes em 1995 significando uma entidade de software que seja independente do sistema operacional utilizado • É um “objeto extendido” • deve agir como um objeto suportando encapsulamente, herança e polimorfismo

18. CORBA - Common Object Request Broker Architecture • Norma da OMG definindo a operação, gerenciamento, serviços e facilidades para objetos distribuídos • Características • arquitetura completamente orientada a objetos • separa interface de serviços de sua implementação • provê um conjunto padrão de serviços e facilidades • integra múltiplas linguagens de programação • permite sua inserção dentro de um sistema operacional • independente do sistema operacional • padrão aberto adotado por múltiplas empresas de software • permite a interoperabilidade entre produtos de diferentes empresas

19. Arquitetura CORBA

20. Facilidades e Serviços CORBA

21. Java e Objetos Distribuídos • java.rmi • Pacote RMI - Remote Method Invocation • Implementação nativa do Java para objetos distribuídos • exige que os objetos distribuídos sejam objetos Java • org.omg.CORBA • Implementação Java de um ORB CORBA • permite objetos de múltiplas linguagens • é computacionalmente mais custoso do que o RMI • Sockets x RMI x CORBA • caso a comunicação seja simples, deve-se utilizar Sockets • caso se deseje abstrair a passagem de mensagens, e o sistema distribuído utilizará somente Java, deve-se utilizar RMI • caso seja necessário (acessar objetos desenvolvidos/ oferecer objetos para programas) em outras linguagens, utilizar CORBA

22. Java RMI • Registry do RMI • rmiregistry, rodando na máquina do servidor • Objeto Servidor • instalar um RMISecurityManager • definir interface que extende a interface Remote • implementar esta interface • cadastrar nome utilizando Naming.rebind() • Geração de Stubs e Skeletons • rmic • Objeto Cliente • instala um RMISecurityManager • obtém stub do servidor via Naming.lookup() • Acessa normalmente os métodos do servidor

23. Java CORBA • Arquivo IDL - Nome.idl • idltojava • gera os seguintes arquivos: • _NomeImplBase.java - skeleton do servidor. É extendida por NomeImplBase no programa servidor • _NomeStub.java - stub do cliente - implementa Nome.java • Nome.java - interface correspondente ao arquivo IDL • NomeHelper.java - funcionalidades auxiliares • NomeHolder.java - possui implementação da classe Nome

24. Exemplo de Programa Servidor // Create and initialize the ORB ORB orb = ORB.init(args, null); // Create the servant and register it with the ORB HelloServant helloRef = new HelloServant(); orb.connect(helloRef); // Get the root naming context org.omg.CORBA.Object objRef = orb.resolve_initial_references("NameService"); NamingContext ncRef = NamingContextHelper.narrow(objRef); // Bind the object reference in naming NameComponent nc = new NameComponent("Hello", ""); NameComponent path[] = {nc}; ncRef.rebind(path, helloRef); // Wait for invocations from clients java.lang.Object sync = new java.lang.Object(); synchronized(sync){ sync.wait(); }

25. Exemplo de Programa Cliente // Create and initialize the ORB ORB orb = ORB.init(args, null); // Get the root naming context org.omg.CORBA.Object objRef = orb.resolve_initial_references("NameService"); NamingContext ncRef = NamingContextHelper.narrow(objRef); // Resolve the object reference in naming NameComponent nc = new NameComponent("Hello", ""); NameComponent path[] = {nc}; Hello helloRef = HelloHelper.narrow(ncRef.resolve(path)); // Call the Hello server object and print results String Hello = helloRef.sayHello(); System.out.println(Hello);